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高精度超声波液位测量系统设计

第39卷第11期2018年11月自 动 化 仪 表PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vol.39No.11Nov.2018

收稿日期:2018-04-25

基金项目:国家自然科学基金资助项目(41472260)二山东省自然科学基金资助项目(2014ZRE27372,ZR2017PEE023)二山东大学基本科研

业务费交叉培育专项基金资助项目(2016JC012)二山东大学青年学者未来计划基金资助项目(2016WLJH30)

作者简介:李泽(1994 ),男,在读硕士研究生,主要从事检测技术与自动化装置方向的研究,E-mail:sdulizemail@https://www.doczj.com/doc/b95713196.html,;

姜明顺(通信作者),男,博士,副教授,主要从事光电检测技术及应用的研究,E-mail:sdujiangmingshun@https://www.doczj.com/doc/b95713196.html,

高精度超声波液位测量系统设计

李 泽1,姜明顺1,吕珊珊2,朱友峰1,苏晨辉1,张 雷1,张法业1,隋青美1

(1.山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061;2.山东大学海洋研究院,山东济南250100)

摘 要:随着工业生产中对在线液位检测技术要求的不断提升,需要更适用于工业生产二精度更高的测量设备三对基于脉冲回波法的超声波液位检测系统进行了研究和改进,介绍了其工作原理及系统结构三以STM32F407为控制器,设计了超声波信号的产生二接收二处理二采集等电路三发射电路对脉冲宽度调制(PWM)脉冲升压驱动超声波换能器产生超声波,接收电路先对信号进行限幅和滤波处理三通过放大数据将脉冲信号处理成更易分析的低频信号,利用控制器的直接内存存取(DMA)功能实现对信号的连续采集三通过辨识回波信号起始时刻,建立渡越时间与液位之间的关系三试验结果表明,在70mm 的范围内,系统误差小于1mm三该设计为密闭容器的液位测量提供了一种高精度的检测方法,同时为工业领域的液位在线自动检测提供了参考三

关键词:超声波;液位检测;高精度;脉冲回波法;带通滤波

中图分类号:TH86;TP216 文献标志码:A DOI:10.16086/https://www.doczj.com/doc/b95713196.html,ki.issn1000-0380.2018040042Design of High Precision Ultrasonic Level Measurement System

LI Ze 1,JIANG Mingshun 1,LYU Shanshan 2,ZHU Youfeng 1,SU Chenhui 1,ZHANG Lei 1,ZHANG Faye 1,SUI Qingmei 1

(1.School of Control Science and Engineering,Shandong University,Jinan 250061,China;2.Institute of Marine Science and Technology,Shandong University,Jinan 250100,China)

Abstract :Due to the increasing demand for online liquid level detection technology in industrial production,the measuring equipment with higher precision,which is more suitable for industrial production,is needed.The ultrasonic liquid level detection

system based on pulse echo method is studied and improved.Its working principle and system structure are https://www.doczj.com/doc/b95713196.html,ing STM32F407as the controller,the electric circuits are designed to generate,receive,process and acquire ultrasonic signals.Through the pulse midth modulation (PWM)pulse,the transmitting circuit boosts the ultrasonic wave to drive the ultrasonic transducer to generate the ultrasonic wave.The receiving circuit limits and filters the signal first,and then amplifies the pulse signal to a more easily analyzed low-frequency signal by logarithm amplification,to achieve continuous signal acquisition by using the direct memory access (DMA)function of controller,and to establish the relationship between the transit time and the level by identifying the beginning of the echo signal.The experiments verify that the system error is less than 1mm in the range of 70mm.The design provides a high-precision detection method for the airtight container level measurement and the inspiration for online automatic liquid level detection in industry.Keywords :Ultrasonic;Liquid level detection;High precision;Pulse echo method;Band pass filter 0 引言

液位测量广泛应用于工业生产中,尤其是在石油二

化工等领域,液位测量是生产过程控制的重要环节[1]三相对于传统的接触式液位测量方法,如电容式[2]二浮子式二磁致伸缩式[3],超声波液位仪有非接触式测量的优势,对待测环境影响较小,且对于腐蚀性液体的测量使

用寿命更长[4]三相对于非接触测量中的雷达液位仪[5],超声波液位计价格更加合适,宜在工业领域推广使用三超声波液位仪根据超声波的传输介质不同,又

分为空介式二液介式和固介式三国内的超声波液位仪

以空介式测量居多[6],但空介式测量方法不宜应用于易挥发性液体的测量,也不宜在密闭容器的环境下

使用[7]三万方数据

一种大角度范围的高精度超声波测距处理方法

第45卷 第4期厦门大学学报(自然科学版) Vol.45 No.4 2006年7月 Journal of Xiamen University (Nat ural Science ) J ul.2006  一种大角度范围的高精度超声波测距处理方法 收稿日期:2005209222 基金项目:国家自然科学基金(D0602240476018),厦门大学科技创 新基金(00502K70013)资助 作者简介:孙牵宇(1982-),男,硕士研究生.3通讯作者:xmxu @https://www.doczj.com/doc/b95713196.html, 孙牵宇,童 峰,许肖梅3 (厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室,福建厦门361005) 摘要:针对移动机器人超声定位中超声收发传感器角度偏向造成的测距精度下降,本文提出了一种基于归一化波形参数 特征修正的超声测距系统.传统的增益控制、可变阈值等抗起伏措施对抑制传播过程中的幅度起伏造成的测距误差效果较好,但如果传感器角度偏向使波形发生畸变,此类方法仍将造成较大误差.本文通过对传感器角度偏向造成接收信号波形畸变及测距精度下降的理论分析及实验研究,建立了超声接收信号归一化波形特征脉宽与前沿变化的关系,设计了基于单片机实现误差校正的大偏向角高精度超声波测距系统.测距实验结果表明本系统显著减小了传感器角度偏向引起的测距误差,在不同的距离上使测距精度平均提高了1.6%,同时具有成本低、使用简单、方便的特点. 关键词:移动机器人定位;超声测距;角度偏向中图分类号:TP 274.53 文献标识码:A 文章编号:043820479(2006)0420513205 由于超声波测距有不受光线影响、结构简单、成本低、信息处理简单可靠、易于小型化和集成化等优点,因此,广泛应用于移动机器人定位及导航系统[1,2]. 超声测距的精度直接决定了机器人超声波定位的精度性能,目前许多提高超声波测距精度的研究集中在考虑传播过程中幅度起伏造成的误差[3~6],采用增益控制、可变阈值、零交叉点等抗起伏措施保证触发时刻的稳定,实现超声信号飞行时间(TOF ,time of flight )检测精度的提高.上述方法取得精度提高的前提是接收信号的归一化波形保持不变. Lamancus [7]的研究表明,当超声收发传感器轴线存在一定偏角、超声波信号偏向入射时接收信号波形会产生畸变,特别是偏角比较大的时候,如移动机器人定位中在机器人活动范围内当发射与接收传感器处于大偏向角位置时,波形由于信号斜入射而畸变大大降低了传统方法下的测距精度.这个问题严重影响了超声波定位系统在自动导引车高精度停靠等需要高定位精度、大偏角范围场合的应用.如童峰等人研制的机器人超声波导航系统[8],在小偏向角度下(轴线方向上)定位精度为1cm ,在大偏向角度下精度下降为5cm. 本文根据波形畸变理论和实验的分析,针对传感器的发射角和入射角所引起的误差,提出了一种可适用于大角度范围工作条件的处理方法并设计了基于单 片机的系统,实现简单方便.实验结果表明:本系统最终在大角度测距时使测距精度平均提高了1.6%. 1 超声测距系统原理及影响测距精度 的因素 1.1 影响测距精度的因素 除声速变化、噪声等影响因素外,声波在空气介质中声速的变化及散射,衰减的随机不均匀性,引起接收信号在幅度和时间轴上的起伏,是造成测距误差的一个主要原因.图1所示为固定门限电平检测下由幅度起伏引起触发电路的信号前沿不同,产生飞行时间(Time of flight )检测误差,起伏变化越大引起的误差就越大.针对这个问题提出的可变门限[3]、前沿线性前推[4]、零交叉点检测等处理方法,这些方法一个共同的前提就是幅度起伏时,信号的归一化波形基本不变(如图1中实线波形所示),如果波形发生了畸变(如图1 图1 幅度起伏(虚线是畸变波形)  Fig.1 Amplitude fluctuations (dashed :distorted wave 2 form ) 中虚线波形所示),仍将造成较大的检测误差.

储罐液位监测系统

储 罐 液 位 检 测 系 统 专业: **** 班级: ***** 学号: ***** 姓名: ***** 摘要 超声波液位测量是一种非接触式的测量方式,它是利用超声波在同种介质中传播速 度相对恒定以及碰到障碍物能反射的原理研制而成的。与其它方法相比(如电磁的或光 学的方法),它不受光线、被测对象颜色的影响,对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、 电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此,研究超声波在高精度测距系 统中的应用具有重要的现实意义。试设计储油罐(圆柱体型)液位、温度的实时监测系 统。

对现采用的油罐测量技术作对比,选用合适的测量技术,保证原油储罐的安全,降低劳动强度,取得良好的经济效益。 关键词:储油罐;液位测量;仪表;现状

储油罐液位检测系统设计 一、设计要求 我国石油资源丰富,采油炼油企业众多,储油罐是储存油品的重要设备,储油罐液位的精确计量对生产厂库存管理及经济运行影响很大。但国内许多反应罐、大型储油罐的液位计量仍采用人工检尺和分析化验的方法,其他参数的测定也没有实行实时动态测量,这样易引发安全事故,无法为生产操作和管理决策提供准确的依据。采用计算机自动监测技术,实时监测储油罐液位、温度等参数,可以方便了解生产状况,及时监视、控制容器液位及温度等,保障安全平稳生产。试设计储油罐(圆柱体型)液位的实时监测系统。 二、方案设计 目前国内外工业生产中普遍采用间接的液位测量方法,如浮子式、液压式、电容法、超声波法、磁致伸缩式、光纤等。 1、方案一 在光通信研究中发现,光纤受外界环境因素的影响,如压力、温度、电场、磁场等环境条件变化时,将引起光纤传输的光波量,如光强、相位、频率、偏振态等改变。如果能测量出光波变化的信息,就可以知道导致这些光波量变化的压力、温度、电场、磁场等物理量的大小,于是就出现了光纤传感器技术。光纤传感器的信号载体是在光纤中传输的光,而光纤本身是一种介质材料,这就赋予了光纤传感器具有一些常规传感器无可比拟的优点,如灵敏度高、响应速度快、动态范围大、防电磁干扰、超高压绝缘、无源性、防燃防爆、适用于远距离遥测、多路系统无地回路“串音”千扰、体积小、机械强度大、可灵活柔性挠曲、材料资源丰富、成本低等。

一种高精度超声波测距系统的研制

一种高精度超声波测距系统的研制3 赵海鸣,卜英勇,王纪婵 (中南大学机电工程学院, 湖南长沙 410083) 摘 要:介绍了超声波测距的原理.分析了超声波测距产生误差的主要原因。提出通过温度测量修正超声波传播速度,应用双比较器整形结合软件准确确定回波前沿以提高空气中超声波测距精度的方法。在此基础上,设计了相应的超声波测距系统电路和软件。实验表明,该测距系统测量精度高,电路简单。 关键词:超声波测距;测距精度;回波前沿;系统设计 中图分类号:T B559 文献标识码:A 文章编号:1005-2763(2006)03-0062-04 D evelop m en t of an Ultra son i c D ist ance M ea sure m en t Syste m w ith H i gh Prec isi on Zhao Hai m ing,B u Yinyong,W ang J ichan (College of Mechanical and Electrical Engineering,Central S outh University,Changsha,Hunan410083,China) Abstract:I n this paper,the p rinci p le of ultras onic distance measure ment is described,the main err or s ources of ultras onic distance measure ment are analyzed als o.A method of i m p r oving p recisi on of ultras onic distance measurement in air,in which the trans m issi on s peed of ultras onic wave is corrected by measured air te mperature and the f or ward edge of receive wave can be de2 ter m ined accurately by use of the t w o comparing circuits of ultra2 s onic signal in combinati on with the s oft w are.Based on the ide2 a,the circuit and s oft w are of ultras onic distance measure ment syste m have been designed.Experi m ent indicates that the meas2 uring p recisi on of ultras onic distance measurement system is higher and its circuit is si m p ler. Key W ords:U ltras onic wave distance measure ment,Precisi on of distance measure ment,For ward edge of receive wave,Syste m design 超声波测距是一种非接触式检测方式,在使用中不受光照度、电磁场、被测物色彩等因素的影响,加之其信息处理简单、速度快、成本低,在机器人避障和定位、车辆自动导航、液位测量等方面已经有了广泛的应用。本文介绍一种以89C52单片机为核心的低成本、高精度、微型化的数字显示超声波测距系统的硬件电路和软件设计。 1 超声测距原理 用于距离测量的超声波通常是由压电陶瓷的压电效应产生,这种压电陶瓷传感器有两块压电晶片和一块共振板,当给它的两极加频率等于晶片固有频率的脉冲信号时,压电晶片就会发生共振,并带动共振板振动,从而产生超声波,超声波经固体表面或液体反射折回,由同一传感器或相邻布置的另一传感器接收,测量超声波整个运行时间t,计算出发射点与反射点的距离s: s=c?t/2(1)式中:c为超声波的传播速度,m/s。超声波在固体中传播速度最快,在气体中传播速度最慢,而且声速受温度影响最大。超声波在空气中的传播速度为: c=331.4×1+T/273(2)式中,T为环境摄氏温度,℃。 超声波从超声传感器发出,在空气中传播,遇到被测物反射后,再传回超声传感器。整个过程,由于吸收衰减和扩散损失,声强随目标距离增大而衰减;同时超声波的衰减随频率增大而成指数增加,但频率越高,指向性越强,这一点有利于距离测量。本文讨论在空气中测量距离,选用40kHz的超声探头。超声传感器接收到的信号的幅值随距离增大而减小,远目标回波信号幅度小、信噪比低,用固定阀值的比较器检测回波,可能导致越过门槛的时刻前后移动,从而影响计时的准确性,这会影响测量的准确度。为了提高超声波测距的精度,需要准确地检测到第一个回波脉冲前沿的到达时间,为此,提出双比较器整形确定回波前沿的方法。 I SS N1005-2763 CN43-1215/T D 矿业研究与开发第26卷第3期 M I N I N G R&D,Vol.26,No.3 2006年6月 Jun.2006 3收稿日期:2005-08-09 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50474052). 作者简介:赵海鸣(1966-),男,湖南邵阳人,博士研究生,从事机电一体化、设备故障诊断及海洋采矿和微地貌测量与可视化研究.

无损检测超声检测公式汇总

无损检测超声检测公式 汇总 -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1

超声检测公式 1.周期和频率的关系,二者互为倒数: T=1/f 2.波速、波长和频率的关系:C=f λ 或λ=f c ∶Cs ∶C R ≈∶1∶ 4.声压: P =P 1-P 0 帕斯卡(Pa )微帕斯卡(μPa )1Pa =1N/m 2 1Pa =106μP 6.声阻抗:Z =p/u =ρcu/u =ρc 单位为克/厘米2·秒(g/cm 2·s )或千克/米2·秒(kg/m 2·s ) 7.声强;I =21Zu2=Z P 22 单位; 瓦/厘米2(W/cm 2)或 焦耳/厘米2·秒(J/cm 2·s ) 8.声强级贝尔(BeL )。△=lgI 2/I 1 (BeL ) 9.声强级即分贝(dB ) △=10lgI 2/I 1 =20lgP 2/P 1 (dB ) 10.仪器示波屏上的波高与回波声压成正比:△20lgP 2/P 1=20lgH 2/H 1 (dB ) 11.声压反射率、透射率: r=Pr / P0 t =Pt / P0 ?? ?=-=+21//)1(1Z t Z r t r r =12120Z Z Z Z P P r +-= t =122 02Z Z Z P P t += Z 1—第一种介质的声阻抗; Z 2—第二种介质的声阻抗 12.声强反射率: R= 2 12 1220???? ??+-==Z Z Z Z r I I r 声强透射率:T ()2122 14Z Z Z Z += T+R=1 t -r =1 13.声压往复透射率;T 往= 2 122 1)(4Z Z Z Z + 14.纵波斜入射: 1sin L L c α=1sin L L c α'=1n si S S c '=2sin L L c β=2sin S S c β CL1、CS1—第一介质中的纵波、横波波速; C L2、C S2—第二介质中的纵波、横波波速;αL 、α′L —纵波入射角、反射角; βL 、βS —纵波、横波折射角;α′S —横波反射角。 15.纵波入射时:第一临界角α: βL =90°时αⅠ=arcsin 21 L L c c 第二临界角α:βS =90°时αⅡ=arcsin 21S L c c 16.有机玻璃横波探头αL =°~°, 有机玻璃表面波探头αL ≥° 水钢界面 横波 αL =°~° 17.横波入射:第三临界角:当α′L=90°时αⅢ=arcsin 11 L S c c =°当αS ≥°时,钢中横波全反射。 有机玻璃横波入射角αS (等于横波探头的折射角βS )=35°~55°,即K=tg βS=~时,检测灵敏度最高。 18.衰减系数的计算 1. α=(Bn-Bm-20lg n/m)/2x(m-n) α—衰减系数,dB/m (单程); )(m n B B -—两次底波分贝值之差,dB ;δ为反射损失,每次反射损失约为(~1)dB ; X 为薄板的厚度 T :工件检测厚度,mm ;N :单直探头近场区长度,mm ;m 、n —底波反射次数

超声波液位测量系统设计

超声波液位测量系统设计阳华忠孙传友长4女学电,;学M4¨025 鞭蛹隧鞠獬黼黜裂簿螽缓灏醺戳黼{t*t☆sPcEoBl^女m●^‰,LMl812≈,《{目^《tE“&”^#&*雎*t{《.*#自&m£i”1“女T一**¨t《,”‘f#十∞}m*.mtT≈,《ttt湿度.*^.B§f#境目t*Ⅻt十¥∞#自.tm7}#《*目^#^*&镕■t十来目f&.#^i&&■t¨#*t.豳■蕾鞠积整黼燃霸麟醐黼}E#.}m*,《’女;LMlB12 1引言 n【】__超市披挂求班}K迅速.4、M渗墟刮*个镯域.¨仃军¥Ⅸ玎驯缭婶冉IIii#8有rL£的“川.漓f±☆1删*和托M也址日常t僻巾十最盛的邻j域+披ft的删*片证卉他毒。恻如羞Ⅲ往洲n液俺U锌“,删屉池位,赳胜补偿趟自浊扯删量池似等等m采邢t些方法会J、腰劣∞环境和抽悼峦‘£的坐化给删*带m#k的瞄莘…毕“;fm悼具有蝇蚀什…嘲蚀删抽越^¨埘I№-陋,奉&计性出r坫f浮rn0磐【匕浊ms},cl,∞l^.1…单Jt扎LMl8l二越r々渡々m推成,0片#【f占,l的古洼自g{kI。硅U越。水《统可蒜性-≈.近H1fj:%精度高。 2参比法液位测量原理 警比洼H娘理是利用超}"往换能8发一¨110趟-;浊忸冲]Ⅲ过’Ln《传播0g鹰崔ft转^的并【日处掰成fi针日睦f々到搀能*片搏M接收。精Ⅲ忧5超声被¨垃日十纠挡牧自坩_{,J就“J眦牯确地计算Ⅲ随Ⅻ4披体的触协。其原H圳Ⅵl,j超声藏#射Ji掳4£趟十波∞传感*就鼻m趺控憧剑州柬m泄f:号求…濉足“枉准环处r“生的删∞帅时问为【o。B求H“#是I_I_泞r灶产’p的,删址的时问山r6掉F陆触洲浦傩的披1Ⅳ峦fLm坐化超J:一被“行早以j,的7L秆m。…々播。山十越钠【d的j{罐中1怍,超F*纠K,*q■fJ}”}千肌蛳的琏鹰+H‘÷,山ft可得 咖} P止巾vf)是超,r漓到拉准环∞迹Ⅱ。V是超声涟刊iTr顺_fii自0Jl嚏.“r“推111: ⅢJ+ H一=_』 胜艟Ⅻ目演津的液化- ¨】|0_hd }r=H卜坐1一d l^?hH是储删砝液体的涟n h-挂地奇被传晦%爿存*睡带的m离;h 是超■被心堪*Ⅻ",琐部的H捕.酒过 删%的时州“弹其值?ho是超声被f々盛* 判}tt*M一的啦离.一q椒擗址日】肫m】稠整棱 挂环的r*度;d是泞r项而刊油自帕* 离。m此”rⅢ删址日f々出#艘∞谴虚£ 芏*仃枉州温睦m鹿,≮H描{啊超 Jh挫∞速疃拚呆统带沫舶m菇。 法i坑錾盛观J#功矩{【l减少i统琨 蕈麓世gm满Mmr要求苴M t管的底口?‘o№删f&体连通恒f*删陂 似进^【I|II最昔:¨’,浮于的密度90川、 T触目哺体的密嘘.JL汗子具备托惭蚀 忡;其。,抟c*环_胛丁^选有利于起} *i川nⅡ“抖;】lH,Ⅲl量管录I¨抗腐蚀 忡蝗的十诱钢村料. 囤1臆理犀 3硬件原理电路 牟系统纳简嘤碰什}b路¨RI!.性自f 和拄牧Ⅻ什电路目ⅢIM1s11趟■胜々… 鞋成oI_l。M1sl二硅种既能K进《能 接性超声波的0H呆¨』适块鞋戍,,l以简 ft№m“牿提高{统的一,J稚性。0l-内 郫乜拈:胩f-p州制c生妊落#,,*增& 接收∞,脉冲啁,¨拴删#啭自抑制≈, ‘j8%【☆j自电。Fn、f.1MI812处于发时 模式.箱】符嘟外拄c1lik亡m瞎的世蚶 矗摊投的[怍撷牛LlCI扳蒿增蚰被憾为 振荡醺走,振荡信≈!{驱r女坡★后,M13管 wⅡ6管脚输m。 ’_8管Ⅷ为Ⅱl“平时.iMl8l!处于 拉收懊文,趣声踺1々媾g摇收“连日的衄 市披1j号%电彝耦仟…4符脚输^再经 内郫哺级般^艘凡岳的f;}轴U】管删 的喈扳日路取出的竹母起送剑幢删£. 目时竹檗F一也披捡删,-4“通过l7管W外 接的电料进行滤眭。’1管M【L的电Ⅲ盘 拜小州*能触牲怪Ⅻ蝌祝j,器&蜒蚓簋 T转¥”IⅢ” 圉3主程序流程圈 图2简要磋件电路目

自动精确液位检测系统

超声波液位测量系统设计 摘要:设计一套液位测量系统,要求测量范围0~2000mm,系统测量精度0.1%。利用单片机加以控制,挡板补偿方法减小误差,提高传播时间的测量准确度来提高精度。 关键词:液位检测 1.液位检测方法简介 1.1按其工作原理可分为下列几种类型: 直读式:它根据流体的连通性原理来测量液位。 浮力式:它根据浮子高度随液位高低而改变或液体对浸沉在液体中的浮筒(或称沉筒)的浮力随液位高度变化而变化的原理来测量液位。前者称为恒浮力式,后者称为变浮力式。 差压式:它根据液柱或物料堆积高度变化对某点上产生的静(差)压力的变化的原理测量物位。 电气式:它根据把物位变化转换成各种电量变化的原理来测量物位。核辐射式:它根据同位素射线的核辐射透过物料时,其强度随物质层的厚度变化而变化的原理来测量液位。 声学式:它根据物位变化引起声阻抗和反射距离变化来测量物位 1.2液位计 1.2.1直接测量 直接测量是一种最为简单、直观的测量方法,它是利用连通器的原理,将容器中的液体引入带有标尺的观察管中,通过标尺读出液位

高度。 玻璃管液位计。 1.2.2人工检尺 人工检尺液位测量是对各种储罐内的液体进行体积和质量测定的种基本方法。具有操作简单、计量准确、无须辅助设备的特点,仍是目前各油田原油集输过程中的一种主要计量方法。检尺测量时,先对罐内液位高度进行测定,再根据罐的横截面积或大罐容积表,计算罐内液体体积和质量。检尺测量的工具是钢卷尺,其下端带有铜质重锤。为方便量油操作,在罐顶设有量油口。量油口下装有量油管,管子底端钻有孔眼与液体连通。设置量油管的目的是为了减小罐内液面波动对量油的影响。 1.2.3磁翻转液位计 磁翻转液位计结构牢固、工作可靠、显示醒目。由于被测液体被 完全密封,使用磁耦合传动,因而 可以测量高温、高压及不透明的粘

超声波测距系统设计

中北大学 物联网工程专业 无线传感器网络课程设计 报告 课题名称:超声波测距系统设计 班级: 13270841 指导教师:马永 开设时间: 2016 年 6 月

目录 一、课程设计目的 (1) 二、课程设计题目 (1) 三、课程设计内容、要求 (1) 1、设计内容 (1) 2、设计要求 (1) 四、传感器工作原理 (1) 1.超声波传感器 (1) 2.温度传感器DS18B20 (3) 五、系统框图 (3) 六、单元电路设计原理 (4) 1、超声波发射电路 (4) 2、超声波检测接收电路 (4) 3、单片机最小系统 (5) 3.1、STC89C52芯片 (5) 3.2 复位电路 (5) 3.3 晶振电路 (6) 4、显示部分 (7) 5、温度检测电路 (7) 七、软件设计与系统调试 (8) 1、主程序流程图 (8) 1.1发射程序与接收程序流程图 (9) 1.2 中断子程序流程图 (10) 1.3 距离计算与显示子程序 (11) 2.系统调试 (12) 八、设计中的问题及解决方法 (12) 九、总结 (13) 十、参考文献 (14)

一、课程设计目的 通过《无线传感器网络》课程设计,掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。 二、课程设计题目 超声波测距系统设计 三、课程设计内容、要求 1、设计内容 采用40KHz的超声波发射和接收传感器测量距离。采用发射和接收平行放在一起,通过反射测量距离。根据温度传感器DS18B20所采集的温度数据来修正测距系统中的声速,从而使超声波测得的距离更准确。 功能:1)所有测距和温度数据均通过液晶显示器LCD1602 显示出来,距离精确到毫米,温度精确到小数点后一位(单位:摄氏度)。 2)测量范围:30mm~2000mm。 3)误差<5mm。 4)其它。 2、设计要求 1)掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。 2)独立设计原理图及相应的硬件电路。 3)设计说明书格式规范,层次合理,重点突出。并附上详细的原理图 四、传感器工作原理 1. 超声波传感器 本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波传感器分机械方式

高精度超声波测距系统设计

高精度超声波测距系统设计。 引言 利用超声波测量距离的原理可简单描述为:超声波定期发送超声波,遭遇障碍物时发生反射,发射波经由接收器接收并转化为电信号,这样测距技术只要测出发送和接收的时间差, 然后按照下式计算,即可求出距离: 由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求, 因此,广泛应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。目前的测距量程上能达到百米数量级,测量的精度往往能达到厘米数量级。本文在分析现有超声波测距技术基础之上, 给出了一种改进方案,测量精度可达毫米级。 2 系统方案分析与论证 2.1 影响精度的因素分析 根据超声波测距式(1)可知测距的误差主要是由超声波的传播速度误差和测量距离传播 的时间误差引起的。 对于时间误差主要由发送计时点和接收计时点准确性确定,为了能够提高计时点选择的准确性,本文提出了对发射信号和加收信号通过校正的方式来实现准确计时。此外,当要求测距误差小于 1 mm时,假定超声波速度C=344 m/s(20℃室温),忽略声速的传播误差。则测距误差s△t<0.000 002 907 s,即2.907 ms。根据以上过计算可知,在超声波的传播速度是准确的前提下,测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级,就能保证测距误差小于1 mm的误差。使用的12 MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1μs的精度,因此系统采用AT89S51的定一时器能保证时间误差在 1 mm的测量范围内。

钢轨超声波探伤系统设计

钢轨超声波高速探伤系统设计

目录 一.设计题目 (1) 二.设计目的 (3) 三.设计要求 (3) 四.设计背景 (4) 五.技术原理 (9) 六.基本设计过程 (11) 1.探头的设计 (11) 2.探伤系统的设计 (15) 3.探伤小车的设计 (18) 4.探伤车组的设计 (22) 5.其他 (24) 七.探伤车的关键技术 (25) 八.设计总结 (27) 九.参考文献 (29)

钢轨超声波探伤设计说明书 【设计目的】 我国铁路运输繁忙,列车运行间隔只有十几分钟,同时,运 营线路近七万公里,线路状况较差,超期服役钢轨数量很大, 钢轨伤损发生率高。为了保障铁路运输安全,目前检测钢轨 内部缺陷的主要设备为小型钢轨超声探伤仪,由人工进行钢 轨伤损的检测。为防止、监测伤损的发生、发展,平均每年 每条线路检测需十遍以上,总检测里程近一百万公里,全线 有近万名专职钢轨探伤人员负责钢轨内部伤损的检测。随着 中国铁路的第三次提速,使铁路对于能在现有鱼尾板联结线 路上完成高速探伤的设备需求日益迫切,研究开发钢轨高速 探伤车,使其在检测时不影响铁路正常运营,对铁路运输业 具有重要的意义。试设计钢轨探伤系统。 【设计要求】 (1)以5人左右的小组为单位,注意发挥集体的力量。对问 题的讨论务必注意叙述的清晰性、严谨性。 (2)最后的结果必须以Word文档和PowerPoint 文档提 交,每组只提交一份文档即可。注意,文件的格式、图表的 美观将作为评价的一部分。其中图必须采用Microsoft Visio 描画。

(3)每组在班级作10-15分钟交流。 (4)可以进行自由选题,问题可超出教师拟定的问题之外。【设计背景】 钢轨和钢轨伤损 一.钢轨的作用和分类 (一)钢轨的作用: 钢轨是轨道结构的重要部件,主要作用是支持并引导机车车辆的车轮,直接承受来自车轮的载荷和冲击,并将其传 布于轨枕和扣件。在自动闭塞区段,钢轨成为信号电流的导 体,起到轨道电路的作用。在电气化区段,钢轨还起到牵引 电流的回流导线。 (二)钢轨的分类 目前我国定型钢轨分类如下: a)按钢轨成份分: i.普碳钢:U71、U74和U71Cu等 ii.合金钢:U71Mn、U70MnSi和U70MnSiCu等 b)按钢轨重量分: 38kg/m; 43kg/m; 50kg/m; 60kg/m(主要线路使用); 75kg/m(主要线路使用)。

液位测量系统设计

液位测量系统设计 专业:自动化 班级:自控1202 学号:2012014059 姓名:徐越

目录 摘要: (3) 关键词: (3) 一、液位检测方法简介 (3) 简述各种液位计的特点 (5) 1 超声波液位计|物位计 (5) 2 静压液位计 (6) 3 雷达液位计 (6) 4 磁致伸缩液位计 (6) 5 差压式液位计|物位计 (6) 6 磁翻板或磁翻柱液位计 (7) 7 伺服式液位计 (7) 8 电容式液位计 (7) 9 射频导纳液位计 (7) 10 浮筒液位计 (8) 11 钢带液位计 (8) 12 静磁栅液位计 (8) 几种常见液位计性能比较 (9) 二、液位测量系统设计 (10) 2.1液位测量原理 (10) 2.2补偿设计 (11) 2.3测量系统结构 (12) 2.4误差分析 (13) 三、总结 (14) 四、参考文献 (14)

实验设计 摘要:设计一套液位测量系统,要求测量范围0~2000mm,系统测量精度0.1%。利用单片机加以控制,挡板补偿方法减小误差,提高传播时间的测量准确度来提高精度。 关键词:液位检测、超声波 一、液位检测方法简介 常用于测量液位的液位计有连通器式、吹泡式、差压式、电容式等,测量物位的有超声波物位计和放射性物位计等。其测量原理和特点如下: 1、连通器式就是应用最普通的玻璃液位计。 它的特点是结构简单、价廉、直观,适于现场使用,但易破损,内表面沾污,造成读数困难,不便于远传和调节。 2、浮力式液位计包括恒浮力式和变浮力式两类。 (1)恒浮力式液位计 恒浮力式液位计是依靠浮标或浮子浮在液体中随液面变化而升降,它的特点是结构简单、价格较低,适于各种贮罐的测量; (2)变浮力式液位计 变浮力式亦称沉筒式液位计,当液面不同时,沉筒浸泡于液体

超声波测距系统设计

(一)题目 超声波测距系统设计 (二)内容及要求 1)设计内容 采用40KHz的超声波发射和接收传感器测量距离。可采用发射和接收之间的距离,也可将发射和接收平行放在一起,通过反射测量距离。 功能:1)LCD液晶显示测量距离,精确到小数点后一位(单位:cm)。 2)测量方式可通过硬件开关预置。 3)测量范围:30cm~200cm, 4)误差<0.5cm。 5)其它。 2)设计要求 1)掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。 2)独立设计原理图及相应的硬件电路。 3)设计说明书格式规范,层次合理,重点突出。并附上详细的原理图。(三)传感器工作原理 超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距离S=Ct/2,式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波,其声速C与温度有关,表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。 (四)系统框图 图1 超声波测距系统框图 (五)单元电路设计原理

1、AT89C2051的功能特点 AT89C2051是一个2k字节可编程EPROM的高性能微控制器。它与工业标准MCS-51的指令和引脚兼容,因而是一种功能强大的微控制器,它对很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活有效的解决方案。AT89C2051有以下特点:2k字节EPROM、128字节RAM、15根I/O线、2 个16位定时/计数器、5个向量二级中断结构、1个全双向的串行口、并且内含精密模拟比较器和片内振荡器,具有4.25V至5.5V的电压工作范围和12MHz/24MHz工作频率,同时还具有加密阵列的二级程序存储器加锁、掉电和时钟电路等。此外,AT89C2051还支持二种软件可选的电源节电方式。空闲时,CPU停止,而让RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。可掉电保存RAM的内容,但可使振荡器停振以禁止芯片所有的其它功能直到下一次硬件复位。 AT89C2051有2个16位计时/计数器寄存器Timer0t Timer1。作为一个定时器,每个机器周期寄存器增加1,这样寄存器即可计数机器周期。因为一个机器周期有12个振荡器周期,所以计数率是振荡器频率的1/12。作为一个计数器,该寄存器在相应的外部输入脚P3.4/T0和P3.5/T1上出现从1至0的变化时增1。由于需要二个机器周期来辨认一次1到0的变化,所以最大的计数率是振荡器频率的1/24,可以对外部的输入端P3.2/INT0和P3.3/INT1编程,便于测量脉冲宽度的门。 图2 ATC2051示意图 2、LCD的工作原理 在两片玻璃基板上装有配向膜,所以液晶会沿着沟槽配向,具有偶极矩的液晶棒状分子在外加电场的作用下其排列状态发生变化,使得通过液晶显示器件的光被调制,从而呈现明与暗或透过与不透过的显示效果。液晶显示器件中的每个显示像素都可以单独被电场控制,不同的显示像素按照控制信号的“指挥”便可以在显示屏上组成不同的字符、数字及图形。因此建立显示所需的电场以及控制显示像素的组合就成为液晶显示驱动器和液晶显示控制器的功能。 LCD器件是由背光源发射的光通过偏振片和液晶盒时,控制投

高精度超声波测距系统设计

高精度超声波测距系统设计 作者:宋永东周美丽白宗文 来源:《现代电子技术》2008年第15期 摘要:提出了一种基于AT89S51单片机的超声波测距系统的设计方案。详细分析了影响测距系统精度的主要因素,设计出了各单元电路和整体电路,重点介绍了提高测量精度的方案和具体实现电路,采用单片机技术进行控制,并给出了控制流程图。设计出的超声波测距系统精度可达毫米数量级,电路具有结构简单、操作方便、精度高、应用广泛的特点。 关键词:测距系统;AT89S51;误差分析;硬件设计;流程图 中图分类号:TP302.1 文献标识码:B 文章编号:1004373X(2008)1513703 Design of High Precision Ultrasonic Distance Measurement System SONG Yongdong,ZHOU Meili,BAI Zongwen (College of Physics and Electronic Information,Yan′an University,Yan′an,716000,China) Abstract:A plan of ultrasonic distance measurement system based on AT89S51 is derived in this paper, the main factors impact of precision are analyzed in detail and the unit circuit and complete circuit are given.The plan of improving the accuracy and specific circuit is introduced.The system′s accuracy is reached millimeters orders of magnitude.All of the component is controlle by AT89S51,and the control program flow is presented.Circuit have many advantages such as simply structure,easy to use,high accuracy and wide application. Keywords:distance measurement system;AT89S51;error analysis hardware design;program flow 1 引言 利用超声波测量距离的原理可简单描述为:超声波定期发送超声波,遭遇障碍物时发生反射,发射波经由接收器接收并转化为电信号,这样测距技术只要测出发送和接收的时间差,然后按照下式计算,即可求出距离:S=CΔt/2(1) 由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此,广泛应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。目前的测距量程上能达到百米数量级,测量的精度往往能达到厘米数量级。本文在分析现有超声波测距技术基础之上,给出了一种改进方案,测量精度可达毫米级。 2 系统方案分析与论证

超声波无损检测论文无损检测论文

超声波无损检测论文无损检测论文 一种可实现高速信号处理的超声波无损检测系统的设计无损探伤技术是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下,对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。超声波探伤就是利用超声能透入金属材料的深处,并由一截面进入另,截面时,在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法。当超声波束自零件表面由探头通至金属内部,遇到缺陷与零件底面时就分別发生反射波来,在荧光屏上形成脉冲波形,根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。 随着超声波探伤技术的发展,对数字信号的处理与分析已不再仅仅是辅助技术。而是一种基本技术,由此出现了各种全数字化的超声波检测设备。但早期的数字化设备仅停留在超声波检测频率较低频段的信号处理上,主要是受到高速A/D和高速存储技术的限制,山于计算机总线技术应用的瓶颈,也不能实时多通道传送波形数据到计算机去处理,声源定位信号分析等实时显示分析的功能只能由硬件输出的参数完成。 而A/D转换器和高效率微处理器的问世克服了在高频领域应用模拟电子技术受到的各种限制。数字化全波形超声波探伤设备就是由计算机作为主机,以单片机芯片为主构成的专用板卡统一控制管理超声系统。这种设备综合应用了高速数据采集技术、A/D转换技术、大容量缓冲技术、多通道切换技术、数据存储技术和数据管理软件技术

等先进的数据信号处理技术,使得多通道声发射波形的采集和分析不再困难。因此,如何开发和研制更具先进性、创新性、科学性和实用性的全数字式超声波检测设备和系统,已成为一项紧迫性的任务。 本文主要介绍一种基于高速信号处理技术的超声波无损检测系 统的典型设计方案,从系统的总体设计、单元电路设计和程序设计等方面阐述和分析了设让原理,电路和软件的结构与功能等,系统方案具有较高的技术含量和实用价值。 总体设计 系统的总体结构设计如图1所示。首先,由高压脉冲发生器发射高压脉冲,其经能量转換电路形成超声波信号,遇到缺陷或杂质时产生反射波,再经能量转换电路转換为电压信号,最后经放大电路放大、A/D转换后,形成数字量,写入高速数据缓存器中;然后,由PCI接口电路将缓存器中的数据适时地通过PCI总线送到本系统的微处理 器进行处理,实现与外部计算机通信、显示、打印,存储和控制等功能。 本系统采用转换速率为60MHz的8位高速A/D转换电路以满足数据采集的要求。为对A/D芯片输出的高速数据进行缓冲,并充分利用LCI总线带宽,采用了]2KB的高速数据缓存电路;对于多通道检测的要求,设计了通道选择控制电路以实现通道之间的切換;采用高增益的高频宽带放大电路对缺陷回波信号进行整理和放大。

Emerson-雷达液位测量系统维护指南设计

中国石油石化有限责任公司 1000万吨/年炼油、80万吨/年乙烯项目雷达液位测量系统维护指南 艾默生过程控制

目录 1、概述:------------------------------------------- 3 2、雷达液位计工作原理---------------------------------3 3、性能参数指标--------------------------------------4 4、雷达液位测量系统组成及特点--------------------------6 5、雷达液位测量系统接线图-----------------------------11 6、雷达液位测量系统网络连接示意图----------------------12 7、罐量计算的依据标准和方法:-------------------------18 8、雷达罐量计算上位系统组态软件及其操作-------------------20 9、雷达罐区计量系统常见故障诊断--------------------------35

1.概述: 雷达液位测量系统是一个完整的计量和库存管理系统,该系统可以包含液位,多点温度,介质的平均温度,压力,密度(压力变送器测量实时在线的密度),油水界面等信号。 罐区管理系统TankMaster软件包具有完整的库存管理功能,网络连接功能及与DCS 系统通讯功能。它可以显示液位,多点温度,介质的平均温度,压力,密度,油水界面等信号的数值,储罐的容积表,并根据API或国家标准计量罐液体标准体积和质量等数据。 计量级(REX)及监控级(PRO)系列采用TRL2总线,通过通讯单元转换为RS485或RS232通讯(基于Modbus协议)接口与上位系统通讯。 雷达液位计室外罐顶安装,安装区域为防爆区,安装简易、调校方便,确保可靠运行。可动部件少,不受振动影响(液位计是一体化结构,采用模块化及集成化设计,卡件安装)。 液位计天线符合API设计标准,具有凝液自滴落功能。 2.雷达液位计工作原理 采用FMCW方法(调频连续波):雷达液位计向液体表面发射微波,微波信号具有围绕10GHz连续变化的频率,当信号向下抵达液体表面并返回天线时,它将与此时正在发射的信号混合,当回波信号向下抵达液体表面并重新返回时,发射的信号已经轻微改变,当把发射信号与接收信号混合时,产生一种与液体表面距离成比例的低频信号,这种信号可提供高精度的测量值。

20余种液位测量方法分析比较

20余种液位测量方法分析比较

20余种液位测量方法分析比较作者:发布时间:2009-5-5 11:34:14 阅读次数:985

物位包括液位和料位两类。液位又包括液位信号器和连续液位测量两种。液位信号器是对几个固定位置的液位进行测量,用于液位的上、下限报警等。连续液位测量是对液位连续地进行测量,它广泛地应用于石油、化工、食品加工等诸多领域,具有非常重要的意义。文中对20余种连续液位测量方法进行比较分析。 1、玻璃管法、玻璃板法、双色水位法、人工检尺法 玻璃管法:该方法利用连通器原理工作,如图1—1所示[1]。图中1-被测容器;2-玻璃管;3-指示标度尺;4、5-阀;6、7-连通管。液位直接从指示标度尺读出。 玻璃板法:玻璃板可通过连通器安装,也可在容器壁上开孔安装,并可串联几段玻璃板以增大量程。液位数值直接从玻璃板刻度尺读出。 双色水位计法:该方法利用光学原理,使水显示绿色,而使水蒸汽显示红色,

从而指示出水位[2]。 人工检尺法:该方法用于测量油罐液位。测量时,测量员把量油尺投入油品中,并在尺砣与罐底接触时提起量油尺。根据量油尺上的油品痕迹,读出油面高度;根据量油尺末端试水膏颜色的变化确定水垫层的高度,从而确定油高和水高[3]。 以上4种方法都是人工测量方法,具有测量简单、可靠性高、直观、成本低的优点。 2、吹气法、差压法、HTG法 吹气法:该方法的工作原理如图2—1所示[4]。图中,1-过滤器;2-减压阀;3-节流元件;4-转子流量计;5-变送器。因吹气管内压力近似等于液柱的静压力,故P=ρgH 式中,ρ-液体密度;H-液位。故由静压力P即可测量液位H。吹气法适用于测量腐蚀性强、有悬浊物的液体,主要应用在测量精度要求不高的场合。 差压法:该方法的工作原理如图2-2所示[4]。图中,1、2-阀门;3-差压变送器。对于开口容器或常压容器,阀门1及气相引压管道可以省掉。压力差与液位的关系为ΔP=P2-P1=ρgH

超声波测距系统设计

超声波测距系统设计

论文题目:超声波测距系统设计 摘要 超声波具有不受外界光及电磁场等因素的影响的优点,超声波测距作为一种有效的非接触式测距方法已被应用于多个领域。 本设计采用渡越时间法,硬件系统分为发射模块、接收模块、显示模块、中央处理模块四个部分。本设计采用STC89C52单片机作为微型中央处理器并由软件实现40kHz脉冲经放大电路从超声波发射探头T-40发射出超声波,接收探头R-40收到声波后经集成芯片CX20106A放大滤波整形后回送到单片机计算,通过发射与接收的时间差和声速计算出距离。本系统使用四位共阳极LED数码管显示距离,能实时显示即时距离。 经测试,在30cm~200cm范围内,误差能控制在2cm以内。根据实验数据进行了误差分析,并提出了解决方案,最后对超声波测距技术的发展进行了展望。通过系统的调试和测试,本设计基本完成了设计要求。 【关键词】单片机,超声波,测距,渡越时间法; 【论文类型】应用型

Title: The design of ultrasonic distance measurement system Major:Electronic and Information Engineering Name: Zhang Yankun Signature:_______ Supervisor: Zhang Xiaoli Signature:_______ ABSTRACT The advantages of ultrasound without the influence of outside light and electromagnetic fields and other factors , ultrasonic distance measurement as an effective non-contact distance measurement method has been used in many fields. This design uses the transit time method, the hardware system is divided into transmitter module, receiver module and display module, the central processing module. This design uses a microcontroller STC89C52 as micro central processing unit and 40 kHz pulse by the software, The ultrasonic emission from the ultrasonic probe the T-40 via the amplifier circuit. Acoustic

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